位置：文档库 > C/C++ > C++中的迭代器使用技巧

C++中的迭代器使用技巧

LandDragon 上传于 2023-04-11 11:13

### C++中的迭代器使用技巧

迭代器是C++标准模板库（STL）的核心组件之一，它为容器（如vector、list、map等）提供了统一的访问接口，使算法可以独立于具体容器类型进行操作。掌握迭代器的使用技巧不仅能提升代码效率，还能增强代码的可读性和可维护性。本文将从迭代器的基础概念、分类、常见操作到高级技巧，系统梳理C++中迭代器的使用方法。

#### 一、迭代器基础概念

迭代器是一种抽象化的指针，用于遍历容器中的元素。它通过重载运算符（如`*`、`++`、`==`等）模拟指针行为，但隐藏了容器内部结构的细节。迭代器的核心优势在于：

通用性：同一算法（如`sort`、`find`）可通过不同迭代器适配多种容器。
安全性：避免直接操作指针可能引发的越界或悬空问题。
效率：部分迭代器（如随机访问迭代器）提供与指针相当的性能。

#### 二、迭代器分类与特性

C++标准将迭代器分为五类，按能力从弱到强排列：

1. **输入迭代器（Input Iterator）**

- 特性：只读、单向遍历、每次迭代后值可能失效（如`istream_iterator`）。

- 适用场景：从输入流读取数据。


#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    istream_iterator input_begin(cin), input_end;
    while (input_begin != input_end) {
        cout

2. **输出迭代器（Output Iterator）**

- 特性：只写、单向遍历、每次写入后位置可能变化（如`ostream_iterator`）。

- 适用场景：向输出流写入数据。


#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    vector vec = {1, 2, 3};
    ostream_iterator output(cout, ", ");
    copy(vec.begin(), vec.end(), output); // 输出: 1, 2, 3,
    return 0;
}

3. **前向迭代器（Forward Iterator）**

- 特性：读写、单向遍历、可多次读取同一位置（如`list`的迭代器）。

- 适用场景：需要多次访问元素的场景（如链表遍历）。


#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    list lst = {1, 2, 3};
    auto it = find(lst.begin(), lst.end(), 2);
    if (it != lst.end()) {
        *it = 20; // 修改找到的元素
    }
    return 0;
}

4. **双向迭代器（Bidirectional Iterator）**

- 特性：支持`++`和`--`操作（如`set`、`map`的迭代器）。

- 适用场景：需要反向遍历的容器（如关联容器）。


#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    map m = {{1, "one"}, {2, "two"}};
    for (auto it = m.rbegin(); it != m.rend(); ++it) { // 反向遍历
        cout first second

5. **随机访问迭代器（Random Access Iterator）**

- 特性：支持`+`、`-`、`[]`等随机访问操作（如`vector`、`deque`的迭代器）。

- 适用场景：需要高效随机访问的容器（如数组类容器）。


#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    vector vec = {5, 2, 9, 1};
    sort(vec.begin(), vec.end()); // 随机访问迭代器支持高效排序
    for (size_t i = 0; i

#### 三、迭代器操作与最佳实践

1. **迭代器失效问题**

迭代器可能因容器修改而失效（如`vector`插入元素后重新分配内存）。


#include 
using namespace std;

int main() {
    vector vec = {1, 2, 3};
    auto it = vec.begin();
    vec.push_back(4); // 可能使it失效
    // *it = 5; // 未定义行为！
    return 0;
}

**解决方案**：在修改容器后重新获取迭代器，或使用`reserve`预留空间。

2. **迭代器适配器**

- **反向迭代器（Reverse Iterator）**：通过`rbegin()`和`rend()`实现反向遍历。


#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    vector vec = {1, 2, 3};
    for (auto rit = vec.rbegin(); rit != vec.rend(); ++rit) {
        cout

- **插入迭代器（Insert Iterator）**：将算法输出直接插入容器（如`back_inserter`）。


#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    vector src = {1, 2, 3}, dest;
    copy(src.begin(), src.end(), back_inserter(dest)); // 追加到dest末尾
    return 0;
}

3. **迭代器与算法结合**

- **查找元素**：`find`、`find_if`。


#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    vector vec = {1, 2, 3, 4};
    auto it = find_if(vec.begin(), vec.end(), [](int x) { return x > 2; });
    if (it != vec.end()) {
        cout

- **排序与去重**：`sort`、`unique`。


#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    vector vec = {3, 1, 2, 2, 3};
    sort(vec.begin(), vec.end());
    auto last = unique(vec.begin(), vec.end());
    vec.erase(last, vec.end()); // 删除重复元素
    return 0;
}

#### 四、高级技巧与注意事项

1. **自定义迭代器**

通过实现`iterator_traits`和重载运算符，可创建自定义迭代器（如模拟二维数组的迭代器）。


#include 
struct MyIterator {
    int* ptr;
    int& operator*() { return *ptr; }
    MyIterator& operator++() { ++ptr; return *this; }
    bool operator!=(const MyIterator& other) { return ptr != other.ptr; }
};

int main() {
    int arr[3] = {1, 2, 3};
    MyIterator begin{arr}, end{arr + 3};
    for (auto it = begin; it != end; ++it) {
        cout

2. **C++11后的迭代器改进**

- **`begin()`和`end()`自由函数**：支持数组和C风格字符串。


#include 
using namespace std;

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3};
    for (auto it = begin(arr); it != end(arr); ++it) {
        cout

- **`cbegin()`和`cend()`**：返回常量迭代器，避免意外修改。

3. **性能优化**

- 优先使用随机访问迭代器（如`vector`）处理大规模数据。

- 避免在循环中重复计算`end()`，可提前存储。


#include 
using namespace std;

int main() {
    vector vec(1000000, 1);
    auto end = vec.end();
    for (auto it = vec.begin(); it != end; ++it) {
        *it *= 2; // 避免每次循环调用vec.end()
    }
    return 0;
}

#### 五、常见错误与调试

1. **越界访问**：确保迭代器在`[begin(), end())`范围内。

2. **混合迭代器类型**：不同容器的迭代器不可比较。


#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    vector v;
    list l;
    // auto it1 = v.begin();
    // auto it2 = l.begin();
    // if (it1 == it2) {} // 错误：不同类型迭代器
    return 0;
}

3. **使用已失效迭代器**：修改容器后，原有迭代器可能失效。

#### 关键词

迭代器分类、输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器、随机访问迭代器、迭代器失效、反向迭代器、插入迭代器、自定义迭代器、C++11迭代器改进

#### 简介

本文系统介绍了C++中迭代器的分类、特性与使用技巧，涵盖从基础操作到高级应用的完整内容，包括五类迭代器的对比、迭代器失效问题、适配器使用、算法结合以及自定义迭代器的方法，帮助开发者高效利用迭代器提升代码质量。

立即下载

C/C++相关